JPH0943173A

JPH0943173A - オージェ電子分光装置

Info

Publication number: JPH0943173A
Application number: JP7193122A
Authority: JP
Inventors: Fumio Hosokawa; 史生細川; Yoshiyuki Ando; 善之安藤; Takahisa Yamada; 貴久山田
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】試料のドリフトや照射系の温度安定性などに
よる分析位置のズレ量を正確に検出し修正する。【構成】オージェ電子分析を開始する際に２次電子像
収集装置１０で標準用の２次電子像を収集してフーリエ
変換標準像記憶装置１７に蓄積し、オージェ電子分析を
開始した後に、該オージェ電子分析を中断して２次電子
像収集装置１０で比較用の２次電子像を収集してフーリ
エ変換比較像記憶装置１８に蓄積し逆フーリエ変換装置
２０、ズレ量検出装置２１で標準用の２次電子像との相
互相関より分析位置のズレ量を検出し、分析位置の修正
を行う。高精度で分析位置のズレ量の検出、修正を行う
ことができ、オージェ分析中に一定時間毎に繰り返しオ
ージェ電子分析を短時間中断し、分析位置の修正を実行
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２次電子像収集装置と
電子分光器を有し電子を試料に照射して２次電子像観察
を行って分析位置を決定しオージェ電子分析を行うオー
ジェ電子分光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オージェ電子分光装置は、数ｋｅＶから
数１０ｋｅＶに加速された電子を試料に照射することで
発生する２次電子を電子分光装置によってエネルギー分
析し、エネルギースペクトル上に現れたオージェ電子を
用いて試料表面の元素分析を行う装置である。

【０００３】電子照射系は、電子銃と集束レンズ、対物
レンズ、走査コイル、イメージシフトコイル等からな
る。電子銃で発生した電子ビームは、集束レンズで光軸
に集められ、対物レンズによって試料上に集束される。
２次電子像観察を行うときは、電子ビームを走査コイル
で走査し、試料上から発生した２次電子を２次電子検出
器で検出しＡＤ変換した後に、２次電子像観察装置に取
り込む。この場合の電子ビームの走査スピードは、水平
方向５０μｓから２００ｍｓ程度、垂直方向は１５ｍｓ
から数分程度である。この像を５１２×５１２ピクセル
の記憶装置に蓄積すると仮定した場合、１ピクセルあた
りの時間は、６×１０⁸ｓｅｃから８×１０⁴ｓｅｃ程
度である。

【０００４】オージェ電子測定には、点分析、深さ方向
分析、線分析、面分析又はオージェ像収集の分析モード
がある。点分析モードは、試料上のある点のみに注目
し、その場所でのオージェ電子スペクトルを取得するも
のであり、走査コイルはスポットモードで動作する。深
さ方向分析モードは、試料上のある点の特定のオージェ
電子強度に注目し、試料をエッチングしながらその強度
の深さ方向の変化を観察するものであり、この分析も、
走査コイルはスポットモードで動作する。線分析モード
は、特定のオージェ電子強度に着目しながら、試料上を
直線状に電子ビームを走査してその走査線上でのオージ
ェ電子強度の変化を観察するものであり、走査コイルは
電子ビームを直線状に走査する。そして、面分析又はオ
ージェ像収集モードは、特定のオージェ電子に注目しな
がら、走査コイルを用いて試料上を２次元的に電子ビー
ムを走査し、オージェ電子強度の場所による違いを観察
し、像にするものである。

【０００５】通常の分析においては、まず先に述べた方
法で２次電子像観察を行い、分析点の決定などを行った
後に、上記の各分析モードを用いて試料のオージェ電子
分析を行う。分析に要する時間は、分析モードや対象と
する試料の元素、電子ビームの電流によって異なるが、
注目するオージェ電子カウント数（Ｐ−Ｂ）が平均で１
０００ｃｐｓでバックグラウンド（Ｂ）が１００００ｃ
ｐｓのときに２５６×２５６のオージェ像観察を行う場
合を想定し、Ｓ／Ｎを（Ｐ−Ｂ）／√Ｂと定義すると、
上記カウント数でｔ秒間測定した場合、Ｓ／Ｎ＝１０００ｔ／√（１００００ｔ）＝１０√ｔとなる。したがって、各ピクセルのＳ／Ｎが３以上とな
るためには、各ピクセルあたりの時間は１０√ｔ＝３を
解いてｔ≒０．１ｓであり、像全体では２５６×２５６
×０．１ｓ＝１．８ｈとなる。したがって、２次電子像
収集と比べて遅い走査であり、走査コイルの走査スピー
ドは変える必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように１．８ｈ
もの分析時間を要する場合も含め、分析に数分以上かか
る場合でかつ１μｍ以下の微小領域分析では、分析時間
の間に試料のドリフトや照射系の温度安定性などにより
分析位置が徐々に変化してしまう現象があった。これを
回避する方法として、従来は、オージェ電子分析装置の
置かれている環境の温度を極力一定にすることや、試料
を装置に導入してから分析開始まで数時間待ってドリフ
トを抑制するなどの方法しかなかった。

【０００７】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、試料のドリフトや照射系の温度安定性などによる
分析位置のズレ量を正確に検出し修正することができる
オージェ電子分光装置を提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、２
次電子像収集装置と電子分光器を有し電子を試料に照射
して２次電子像観察を行って分析位置を決定しオージェ
電子分析を行うオージェ電子分光装置において、オージ
ェ電子分析を開始する際に標準用の２次電子像を収集
し、オージェ電子分析を開始した後に、該オージェ電子
分析を中断して比較用の２次電子像を収集して標準用の
２次電子像との相互相関より分析位置のズレ量を検出
し、分析位置の修正を行うことを特徴とするものであ
る。オージェ電子分析を開始する際に収集した標準用の
２次電子像とオージェ電子分析を中断して収集した比較
用の２次電子像との相互相関により分析位置のズレ量を
検出し、分析位置の修正を行うので、高精度で分析位置
のズレ量の検出、修正を行うことができる。

【０００９】また、前記標準用の２次電子像をフーリエ
変換して記憶しておき、前記比較用の２次電子像をフー
リエ変換した画像を前記標準用の２次電子像をフーリエ
変換した画像と乗算して逆フーリエ変換することによっ
て比較画像の標準画像とのズレ量を求めて分析位置の修
正を行い、オージェ電子分析の中断、分析位置の修正、
オージェ電子分析の再開を所定の時間間隔で繰り返し実
行することを特徴とするものである。フーリエ変換を用
いることにより、オージェ電子分析に要する時間に比
べ、きわめて短時間に２次電子像の収集による分析位置
の修正を行うことができるので、オージェ分析中に一定
時間毎に繰り返しオージェ電子分析の中断し、分析位置
の修正を実行することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明に係るオージェ電子分光装置の１
実施例構成を示す図であり、１は電子銃、２は集束レン
ズ、３は対物レンズ、４は走査コイル、５はイメージシ
フトコイル、６は２次電子検出器、７は走査コイル電
源、８は走査信号切り換えスイッチ、９はイメージシフ
トコイル制御装置、１０は２次電子像収集装置、１１は
電子分光器、１２は電子分光用電源、１３は電子分光用
増幅器、１４は電子分光系制御装置、１５は電子分光系
記憶装置、１６はフーリエ変換装置、１７はフーリエ変
換標準像記憶装置、１８はフーリエ変換比較像記憶装
置、１９は乗算装置、２０は逆フーリエ変換装置、２１
はズレ量検出装置、２２はＣＰＵ（中央演算処理装置）
を示す。

【００１１】図１において、電子を発生させるための電
子銃１から電子分光の結果を記憶する電子分光系記憶装
置１５までがオージェ電子分光装置を構成するものであ
る。集束レンズ２は、電子銃１で発生させた電子を効率
よく輸送するためのものであり、対物レンズ３は、試料
上の一点に電子を集めるためのものである。走査コイル
４は、試料上で電子を走査させるものであり、イメージ
シフトコイル５は、電子照射位置を移動させるものであ
る。２次電子検出器６は、試料から放出された２次電子
を収集し電気信号に変換するものである。走査コイル電
源７は、走査コイル４に電流を流すためのものであり、
この走査コイル電源７の制御と２次電子検出器６で検出
した２次電子強度を記憶するのが２次電子像収集装置１
０である。電子分光器１１は、電子のエネルギー分析を
行うものであり、電子分光器１１の制御を行うのが電子
分光用電源１２である。電子分光用増幅器１３は、分光
された電子の強度を電気信号に変換するものであり、電
子分光系制御装置１４は、電子分光の動作モードに応じ
た制御を行うものである。電子分光系記憶装置１５は、
電子分光の結果を記憶するものである。

【００１２】上記の構成要素は、通常のオージェ電子分
光装置でも構成されるものであるが、本発明では、さら
に分析位置のズレ量を検出するために、フーリエ変換装
置１６、フーリエ変換標準像記憶装置１７、フーリエ変
換比較像記憶装置１８、乗算装置１９、逆フーリエ変換
装置２０、ズレ量検出装置２１を備えている。次に、こ
れらの動作を説明する。図２は分析位置のズレ量検出、
修正を行う動作を説明するための図、図３はオージェ電
子分析とプローブトラッキング動作を説明するための図
である。

【００１３】分析を行う前に、試料の２次電子像観察を
行い、分析位置を決定するのは従来のオージェ電子分光
装置と同様である（ステップＳ１１）。これは基本的に
オペレータが行う。オペレータは、分析位置を決定した
後、ＣＰＵ２２に対しオージェ電子分析のモードを指定
し開始命令を与える（ステップＳ１２）。ＣＰＵ２２
は、まず２次電子像を収集するように２次電子像収集装
置１０に命令を送り、２次電子像収集装置１０は、通常
の２次電子像を得る場合と同じ走査スピードで２次電子
像を収集する。これを標準画像と呼ぶ（ステップＳ１
３）。得られた標準画像をフーリエ変換装置１６でフー
リエ変換する（ステップＳ１４）。この標準画像のフー
リエ変換結果をフーリエ変換標準像記憶装置１７に蓄積
する（ステップＳ１５）。

【００１４】このプロセスが完了すると、ＣＰＵ２２
は、電子分光系制御装置１４に分析モードを指定して、
分析を開始する（ステップＳ１６）。この間、オージェ
電子分析のモードで走査コイルは制御されているので、
当然２次電子像収集は行われていない。その後、ＣＰＵ
２２は、指定した頻度で電子分光系制御装置１４に分析
の中断を指定し（ステップＳ１７〜Ｓ１８）、２次電子
像収集装置１０に２次電子像収集を指令し、２次電子像
を収集する。これを比較画像と呼ぶ（ステップＳ１
９）。収集された比較画像をフーリエ変換装置１６でフ
ーリエ変換する（ステップＳ２０）。この比較画像のフ
ーリエ変換結果をフーリエ変換比較像記憶装置１８に蓄
積する（ステップＳ２１）。この間、電子ビームの走査
の方法が違うので、当然オージェ電子分析は行われてい
ない。引き続きこの比較画像をフーリエ変換した画像を
乗算装置１９でフーリエ変換標準像記憶装置１７に蓄積
した標準画像をフーリエ変換した画像と掛け合わせ（ス
テップＳ２２）、その結果を逆フーリエ変換装置２０で
相互相関像に変換する（ステップＳ２３）。この相変換
画像からズレ量検出装置２１によって、比較画像の標準
画像とのズレの大きさを求める（ステップＳ２４）。こ
の結果をイメージシフトコイル制御装置９にフィードバ
ックさせて見かけ上、標準画像との位置ズレがなく分析
位置のズレがないように調整する（ステップＳ２５）。
以上のような標準画像と比較画像からビームの位置ズレ
量を算出してイメージシフトコイル制御装置９にフィー
ドバックさせるプロセスをプローブトラッキングと呼
ぶ。

【００１５】プローブトラッキングが終了すると、ＣＰ
Ｕ２２は、再びオージェ電子分光系制御装置１４に測定
の再開を指示し、中断していた分析を継続する。指定さ
れたモードのオージェ電子分析が終了するまで、ＣＰＵ
２２は、図３に示すように指定された頻度でプローブト
ラッキングとオージェ電子分析の中断、再開を繰り返し
実行する（ステップＳ２６→Ｓ１７……）。

【００１６】標準画像ｆ（ｘ，ｙ）と比較画像ｇ（ｘ，
ｙ）を高速フーリエ変換したＦ（α，β）とＧ（α，
β）とを掛け合わせてＦ''（α，β）Ｇ（α，β）が求
められ、これを逆フーリエ変換して得られるのが相互相
関関数Ｃ（ｓ_x，ｓ_y）であり、図４は相互相関関数を
説明するための図である。相互相関関数Ｃ（ｓ_x，
ｓ_y）は、図４に示すように最大値をとる座標（ｓ_xo，
ｓ_yo）があり、ベクトル（ｓ_xo，ｓ_yo）が相対的なズレ
量となる。このズレ量は、画像上のピクセル単位であ
る。したがって、ズレ量検出では、まず、この最大値の
座標を求め、これをイメージシフトへの帰還量（Δ_x，
Δ_y）に変換する。２次電子像観察倍率をＭ、２次電子
像の１辺の長さをｗとすると、 Δ_x＝（ｗ／Ｍ）・（ｓ_xo／Ｎ） Δ_y＝（ｗ／Ｍ）・（ｓ_yo／Ｎ）となる。

【００１７】また、フーリエ変換を用いて相互相関関数
を求める場合、本発明のようにそのままフーリエ変換せ
ずに、画像を２値化してからフーリエ変換を行う手法も
あるが、２次電子像の場合には、電子ビーム照射などに
よって２次電子像のコントラストや明るさが変わってし
まいズレ量の算出精度が低下するので、２値化すること
は好ましくない。また、２値化しない方が像に含まれる
情報をより有効に活用することができるので、ズレ量の
算出における精度を高めることができる。

【００１８】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、イメージシフトコイル制御装置にフィー
ドバックさせるようにしたが、試料ステージの移動機構
にフィードバックさせるようにしてもよいし、走査コイ
ルの信号に重畳するようにフィードバックさせるように
してもよい。

【００１９】Ｎ×Ｎピクセルの大きさの像について、フ
ーリエ変換を用いた相互相関法のなかで必要な乗算・加
算の回数を求めると次の〔表１〕のようになる。これら
は全て複素数の計算である。

【００２０】

【表１】

【００２１】フーリエ変換は、ｆ（ｘ，ｙ）とｇ（ｘ，
ｙ）の両方について行うので、２倍されて合計されてい
る。

【００２２】ズレ量を検出する他の方法で代表的なもの
では、フーリエ変換を用いない相互相関法、最短距離法
等がある。フーリエ変換を用いない相互相関法は、次の
〔数１〕で示す相互相関関数Ｃ（ｓ_x，ｓ_y）を求める
ものであり、また、最短距離法では、次の〔数２〕で示
す関数Ｄ（ｓ_x，ｓ_y）の最大値で像の移動ベクトルを
求めるものである。

【００２３】

【数１】

【００２４】

【数２】

【００２５】これらの加算・乗算回数を求めると、次の
〔表２〕のようになる。これらは全て実数の計算であ
る。

【００２６】

【表２】

【００２７】様々なＮについてパターンマッチングで必
要な乗算・加算回数を次の〔表３〕に示した。ただし、
フーリエ変換法を用いた相互相関法の場合には、複素数
の計算であるため乗算は〔表１〕の値の４倍、加算は２
倍の値を示した。乗算・加算共に１計算あたり５０ナノ
秒かかると仮定すると、パターンマッチングに必要な時
間を１０秒以内にしたい場合に実用になるのは、〔表
３〕のハッチングされた領域となる。

【００２８】

【表３】

【００２９】フーリエ変換を用いない相互相関法や最短
距離法を用いてもＮが３２以下ならば十分に実用的であ
る。しかし、像倍率の大きな場合で、プローブ電流を多
く流しているときなどは、像がそれほどシャープではな
い。このような場合は、なるべく大きな領域の像データ
を情報として用いてズレ量の検出を行えば、より正確な
位置ズレ量を見積もることができる。その時に、Ｎが２
５６まで実用的であるフーリエ変換法を用いた相互相関
関数を用いれば、短時間で確実な分析位置のズレ量の見
積もりを行い、分析位置の修正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るオージェ電子分光装置の１実施
例構成を示す図である。

【図２】分析位置のズレ量検出、修正を行う動作を説
明するための図である。

【図３】オージェ電子分析とプローブトラッキング動
作を説明するための図である。

【図４】相互相関関数を説明するための図である。

【符号の説明】

１…電子銃、２…集束レンズ、３…対物レンズ、４…走
査コイル、５…イメージシフトコイル、６…２次電子検
出器、７…走査コイル電源、８…走査信号切り換えスイ
ッチ、９…イメージシフトコイル制御装置、１０…２次
電子像収集装置、１１…電子分光器、１２…電子分光用
電源、１３…電子分光用増幅器、１４…電子分光系制御
装置、１５…電子分光系記憶装置、１６…フーリエ変換
装置、１７…フーリエ変換標準像記憶装置、１８…フー
リエ変換比較像記憶装置、１９…乗算装置、２０…逆フ
ーリエ変換装置、２１…ズレ量検出装置、２２…ＣＰＵ
（中央演算処理装置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次電子像収集装置と電子分光器を有し
電子を試料に照射して２次電子像観察を行って分析位置
を決定しオージェ電子分析を行うオージェ電子分光装置
において、オージェ電子分析を開始する際に標準用の２
次電子像を収集し、オージェ電子分析を開始した後に、
該オージェ電子分析を中断して比較用の２次電子像を収
集して標準用の２次電子像との相互相関より分析位置の
ズレ量を検出し、分析位置の修正を行うことを特徴とす
るオージェ電子分光装置。
【請求項２】前記標準用の２次電子像をフーリエ変換
して記憶しておき、前記比較用の２次電子像をフーリエ
変換した画像を前記標準用の２次電子像をフーリエ変換
した画像と乗算して逆フーリエ変換することによって比
較画像の標準画像とのズレ量を求めて分析位置の修正を
行うことを特徴とする請求項１記載のオージェ電子分光
装置。
【請求項３】オージェ電子分析の中断、分析位置の修
正、オージェ電子分析の再開を所定の時間間隔で繰り返
し実行することを特徴とする請求項１記載のオージェ電
子分光装置。